Magnetyzm, podobnie jak twardość, kolor czy przewodność elektryczna, jest ważną właściwością fizyczną materiału. Jeśli materiał ma preferowany kierunek magnetyczny, można go „namagnesować” jak igłę kompasu, aby określić pole magnetyczne Ziemi. Teraz zespołowi fizyków z Centrum Badawczego Rossendorf (FZR) wraz z kolegami z Instytutu Badań Ciała Stałego i Materiałów Leibniza w Dreźnie (IFW) udało się po raz pierwszy zmienić ten kierunek w sposób ukierunkowany i precyzyjny za pomocą jonów napromienianie miękkich magnesów.

Materiały o nowych właściwościach magnetycznych cieszą się dużym zainteresowaniem w szerokim zakresie zastosowań. Najbardziej znanym przykładem jest z pewnością technologia magnetycznego przechowywania danych, która polega na ciągłym przechowywaniu coraz większej ilości danych na coraz mniejszych nośnikach. Obecnie wykorzystuje się do tego głównie materiały ferromagnetyczne, takie jak kobalt. Aby dyski twarde komputerów, a także nośniki pamięci do aparatów cyfrowych i telefonów komórkowych mogły w przyszłości przechowywać jeszcze więcej danych, rośnie zapotrzebowanie na nowe materiały i technologie. Aby to osiągnąć, materiały, które nie występują w naturze, muszą być w coraz większym stopniu produkowane sztucznie lub modyfikowane w skali mikrometrycznej.

Jürgen Fassbender jest specjalistą w dziedzinie warstw nanofunkcjonalnych. W ośrodku badawczym Rossendorf chce wykorzystać wiązki jonów – szybko naładowanych atomów – do wytworzenia ultracienkich warstw o ​​nowych właściwościach magnetycznych. Celem naukowca jest opracowanie nowych materiałów do technologii czujników magnetycznych (takich jak ABS i inne czujniki kąta i obrotu w pojazdach), technologii przechowywania magnetycznego (np. dyski twarde komputerów) czy spintroniki (połączenie technologii krzemowej powszechnej w mikroelektronice z nowymi materiałami magnetycznymi) ). ).

Niestandardowe osie magnesowania

Jedną z obiecujących klas materiałów są amorficzne miękkie warstwy magnetyczne, gdzie amorfizm oznacza, że ​​atomy nie są ułożone w jednolitą strukturę sieciową jak kryształ. Obecnie materiały te są stosowane w czujnikach magnetycznych i komponentach elektronicznych wysokiej częstotliwości.

Są to zazwyczaj stopy wykonane z kobaltu i żelaza z dodatkiem boru lub krzemu w celu przekształcenia materiału krystalicznego w stan amorficzny, podobny do szkła. Tylko wtedy można osiągnąć wymagane właściwości miękkiego magnetyzmu przy osi magnesowania w preferowanym kierunku. To wiadomo od wielu lat. Jednakże w wielu zastosowaniach korzystne byłyby różne osie namagnesowania lub osie namagnesowania dopasowane do różnych miejsc na tej samej próbce, oddalonych od siebie o zaledwie kilka mikrometrów.

Fassbenderowi i jego koledze Jeffreyowi McCordowi z IFW udało się teraz wykazać, że taką czysto magnetyczną mikrostrukturę można osiągnąć za pomocą napromieniania jonowego przy jednoczesnym zastosowaniu pola magnetycznego. Podczas napromieniania jonowego przyłożone pole magnetyczne wyrównuje preferowany kierunek namagnesowania w napromienianym materiale.

Nanowarstwa o różnych preferowanych kierunkach magnetycznych

{2r}

Aby mieć pewność, że nie stanie się to w przypadku całej próbki, przed napromienianiem na próbkę nakłada się cienką maskę zawierającą otwory wielkości mikrometrów. Jony wnikają w warstwę magnetyczną tylko w tych punktach i mogą wpływać na tamtejsze właściwości magnetyczne. Procedurę tę przedstawiono schematycznie w (a).

Rezultatem jest cienka, miękka warstwa magnetyczna, która stale ma różne preferowane kierunki magnetyczne. Zilustrowano to na przykładzie napromieniowanych okręgów o szerokości 20 mikrometrów z preferowanym kierunkiem poziomym w nienapromieniowanym środowisku z preferowanym kierunkiem pionowym (b). Obraz mikroskopowy pokazuje rozkład kierunków namagnesowania (c, d), które korzystnie są ułożone poziomo lub pionowo w odpowiednich obszarach.

Po raz pierwszy tak miękkim magnesom udało się zmienić parametry materiału magnetycznego w preferowanym kierunku w celowy i dostosowany do potrzeb sposób w skali mikrometrycznej. W przyszłości zbadane zostaną granice miniaturyzacji tej technologii, a jednocześnie możliwe konkretne zastosowania w technologii czujników przyszłości.

(idw – Centrum Badawcze Rossendorf, 18 maja 2005 – DLO)

18 maja 2005